基于復合指紋分析法的元江干熱河谷區(qū)小流域泥沙來源研究

發(fā)布時間：2020-04-13 08:36

【摘要】：元江干熱河谷區(qū)土壤侵蝕激烈,河流泥沙含量高,這不僅對流域梯級水電的運營構成了威脅,而且引起了下游國家的廣泛關注,迫切需要開展小流域侵蝕產沙機制研究,以為區(qū)域水土流失綜合治理、河流泥沙調控以及水土保持措施效益評價等提供科學依據。本研究以元江干熱河谷區(qū)4種不同景觀格局的小流域(經果林小流域、自然林小流域、農地小流域和綜合小流域)為研究案例,動態(tài)監(jiān)測小流域侵蝕產沙過程,利用指紋識別技術定量計算各個潛在泥沙源地貢獻率,并利用CSLE模型計算侵蝕模數,最后結合泥沙貢獻率計算結果綜合分析景觀格局對干熱河谷區(qū)小流域侵蝕產沙的影響機制。主要研究成果如下:(1)案例區(qū)景觀格局變化特征:從1990年、2010年和2015年總體上看,農地面積存在逐期減少的趨勢;經果林和自然林的面積則呈現逐期增加的趨勢。研究區(qū)景觀類型在1990-2015年的變化主要表現為農地的轉出以及經果林和自然林的轉入,其中1990-2010年主要是經果林的轉入以及農地的轉出,而在2010-2015年則主要是農地的轉出和自然林的轉入。(2)小流域泥沙來源變化特征:分別用多元混合模型(Mixing model)和判別分析(DFA)的方法對四個小流域暴雨產流的泥沙來源貢獻率進行計算。通過對比分析,不同景觀格局的小流域被篩選組合的指紋因子是不同的,其中經果林小流域只有總碳(TC)這一個指紋因子被選出來;自然林小流域的TC和鈷(Co)組成了復合指紋最佳組合;農地小流域最佳復合指紋組合則是頻率磁化率、鋁(Al)和鉛(Pb);綜合小流域也有3種指紋因子TC、鈣(Ca)和Pb成為最佳組合。綜合四個小流域泥沙來源計算的結果可以得到,雖然在暴雨過程中兩種算法計算的泥沙貢獻率得到了不同的變化趨勢,但整個暴雨過程下不同小流域泥沙來源的貢獻率都是溝道農地經果林自然林。mixing model計算出的暴雨過程泥沙貢獻在變化趨勢上更加多樣,而DFA計算出的整個暴雨的平均泥沙來源貢獻與流域侵蝕情況的相關性更大。研究表明不同景觀特征的小流域,其最佳指紋因子是有差異的,同時我們認為在本次研究中DFA模擬效果較Mixing model要好。(3)侵蝕產沙變化特征分析:研究區(qū)各個小流域不同潛在源地的泥沙貢獻率和年泥沙貢獻量可以通過直接計算或者間接估算獲得。結果表明在四個目標小流域中,溝道是小流域泥沙的主要來源,泥沙貢獻率變化在51.4%-81.3%間,平均泥沙貢獻率為65.2%;其次是農地,變化范圍為22.5%-38%,平均30.3%;然后是經果林,泥沙貢獻率變化在7.4%-24.9%間,平均泥沙貢獻率為15.1%;自然林對泥沙的貢獻最小,貢獻率變化范圍為3.2%-15.1%,平均貢獻率僅有9.2%。侵蝕產沙過程中,溝道的泥沙貢獻率有先減少后增加的趨勢;而坡面上潛在源地(經果林、自然林和農地)的泥沙貢獻率則有先增加后減少的趨勢。最后結合不同小流域景觀格局和相關侵蝕產沙、泥沙貢獻的數據得到,溝道是暴雨侵蝕產沙的主要源地;不同泥沙源地在不同景觀格局的小流域中,對該小流域的侵蝕產沙是存在差異的;對于除了溝道以外的其它坡面潛在的泥沙源地來說,坡面上的侵蝕產沙表現為農地經果林自然林的趨勢。本文主要通過對潛在泥沙源區(qū)景觀類型變化和侵蝕量的計算結合泥沙來源貢獻的定量分析來明晰景觀格局對干熱河谷區(qū)小流域侵蝕產沙的影響機制,結果表明干熱河谷區(qū)溝道是河流泥沙的主要來源,小流域景觀格局對侵蝕產沙具有重要影響,結果為有關部門制定干熱河谷區(qū)發(fā)展規(guī)劃、控制水土流失等提供科學參考。
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